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Integration of Intermittent Widespread Energy Sources in Distribution Networks

English title Integration of Intermittent Widespread Energy Sources in Distribution Networks
Applicant Le Boudec Jean-Yves
Number 153995
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Laboratoire pour les communications informatiques et leurs applications EPFL - IC - LCA2
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Information Technology
Start/End 01.12.2014 - 30.11.2018
Approved amount 50'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Information Technology
Electrical Engineering

Keywords (3)

Electrical Distribution Networks; Distributed Generation of Electrical Power; Explicit Power Flow Control

Lay Summary (French)

Lead
La très forte augmentation prévisible de la génération décentralisée dans les réseaux électriques va poser des problèmes de qualité de service dans les réseaux de distribution ainsi que de stabilité globale, à cause de l’intermittence et du manque d’inertie. Ce projet-cadre propose une solution nouvelle à ce problème ; il permettra de démontrer qu’il est possible d’augmenter fortement l’importance des énergies renouvelables. Le projet-cadre est constitué de 2 projets, dont l’un développe la méthode et le logiciel et l’autre y intègre un bâtiment intelligent et des ressources de stockage.
Lay summary

Contenu et objectif du travail de recherche

Notre objectif est de développer une méthode de gestion de réseau électrique qui puisse utiliser de manière simple et efficace des moyens de stockage déployés en très petite quantité. Ces moyens de stockage peuvent être directs (batteries, super-condensateurs, air comprimé) ou indirects (gestion active de la consommation électrique pour le chauffage, pour la réfrigération ou pour la charge de batteries de véhicules électriques). De telles ressources de stockage direct ou indirect sont à même de résoudre les problèmes de gestion de réseau posés par les générateurs décentralisés. Cependant il faut pouvoir coordonner leur action avec l’état du réseau, ce qui est très difficile avec les méthodes classiques basées sur la fréquence car elles ne permettent pas de connaître l’état interne de ces ressources. 

Nous proposons une méthode innovante, qui permet la gestion explicite de la puissance consommée ou produite par les ressources d’un réseau électrique. Deux projets contribuent à cette réalisation. Le premier projet a pour objectif de développer la méthode de contrôle et son logiciel de base. Le deuxième projet a pour but d’y intégrer des méthodes de stockage et de gestion de bâtiment intelligent.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Notre projet produira une méthode de gestion des réseaux électriques dont une application à échelle réelle sera démontrée sur le réseau du campus de l’EPFL. Le logiciel et le matériel développés par le projet démontreront la faisabilité d’une telle approche. Cela permettra de lancer une phase de développement industriel. Le succès de ce projet montrera qu’il est possible d’augmenter de manière importante la dépendance aux générateurs décentralisés. Cela fournira aux autorités politiques et de la régulation, ainsi qu’à la population dans son ensemble, un élément important pour la prise de décision stratégique concernant la fourniture d’électricité.

Direct link to Lay Summary Last update: 20.10.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Nano-Tera projects S3 grids Switzerland (Europe)
- Research Infrastructure
SCCER FURIES Switzerland (Europe)
- Research Infrastructure

Abstract

A massive penetration of distributed energy sources (solar photovoltaic in summer, cogeneration in winter, small scale wind farms in all seasons) is expected to be one element of solution to the electricity gap problem (Stromlücke). However, this poses several problems such as quality of service of the distribution network and the requirement to provide voltage and frequency support to the Swiss and European grids. The classic solutions to these problems imply to (1) upgrade the electrical distribution networks and/or (2) deploy additional generators for compensation, mostly fuel based. Both of these solutions are expensive or environmentally non-desirable. An alternative is to use local electrical and thermal storage (such as batteries, supercaps, heating and cooling systems, water reservoirs, hydrogen, flywheels or compressed air tanks), but this is difficult to deploy using the classical control means based on frequency. We propose a radically different approach, based on a new control philosophy that would enable power systems to directly communicate with each other in order to define explicit real-time setpoints for active/reactive power absorptions or injections. Two projects participate in this proposal: one for the definition of the control protocol and architecture, , one for the integration of storage and demand response systems.
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